(57)【要約】電気的特性が可変とされる電気的装置を開示する。装置の可変電気特性又は装置の動作は、装置に関連付けられている可変誘電率セクタに印加される電位に基づいている。電子機器又はコンポーネントは、ベンヅ（bends）、パワースプリッタ、フィルタ、ポート、位相シフタ、周波数シフタ、減衰器、結合器、蓄電器、誘導子、ダイプレクサ、ビームフォーミングネットワークのハイブリッドを含み得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変特性を有する電気素子であって、
電気的な絶縁性を有する誘電体パネルと、
バックパネルと、
電導性共通プレートと、
前記誘電体パネル上に設けられた導線と、
前記導線の下の定義されたエリアに設けられた可変誘電体ゾーンであって、前記バックパネルと前記誘電体パネルとの間に挟まれておりかつ電源に接続された電極を有する可変誘電率（ＶＤＣ、variable dielectric constant）物質を備える可変誘電体ゾーンと、を備え、
前記電気素子は可変パワースプリッタを備え、前記導線は入力線を備え、前記パワースプリッタは各々前記入力線に接続された２つの出力線を備える、電気素子。
【請求項２】
請求項１に記載の前記可変パワースプリッタであって、前記２つの出力線の一方の下に設けられた第２の可変誘電体ゾーンと、前記２つの出力線の他方の下に設けられた第３の可変誘電体ゾーンとをさらに備える、可変パワースプリッタ。
【請求項３】
可変特性を有する電気素子であって、
電気的な絶縁性を有する誘電体パネルと、
バックパネルと、
電導性共通プレートと、
前記誘電体パネル上に設けられた導線と、
前記導線の下の定義されたエリアに設けられた可変誘電体ゾーンであって、前記バックパネルと前記誘電体パネルとの間に挟まれておりかつ電源に接続された電極を有する可変誘電率（ＶＤＣ、variable dielectric constant）物質を備える可変誘電体ゾーンと、を備え、
前記電気素子は可変フィルタを備え、前記導線は前記可変フィルタの入力線を備え、前記可変フィルタは前記誘電体パネルの上に設けられた少なくとも１つの出力線を備え、前記出力線は前記入力線への抵抗接点を有しておらず、前記入力線と前記出力線との間のエリアに設けられた第２の可変誘導体ゾーンをさらに含む、電気素子。
【請求項４】
請求項３に記載の前記可変フィルタであって、前記出力線の下に設けられた第３の可変誘電体ゾーンをさらに備える、可変フィルタ。
【請求項５】
請求項１に記載の電気素子において、前記電気素子は可変フィルタを備え、前記導線は前記可変フィルタの入力線を備え、前記可変フィルタは前記誘電体パネルの上に設けられた複数の出力線を備え、前記複数の出力線の各々は前記入力線とも前記複数の出力線の別のものとも抵抗接点を有しておらず、前記複数の出力線の２つの間のエリアにそれぞれ設けられた複数の可変誘電体ゾーンをさらに備える、電気素子。
【請求項６】
請求項５に記載の前記可変フィルタであって、第２の複数の可変誘電体ゾーンをさらに備え、前記第２の複数の可変誘電体ゾーンの各々は前記複数の出力線のうちの１つの下に設けられている、可変フィルタ。
【請求項７】
請求項１に記載の電気素子において、前記電気素子は可変減衰器を備え、前記導線と抵抗接点を有している減衰パッチをさらに備え、前記定義されたエリアは前記減衰パッチの下にある、電気素子。
【請求項８】
請求項１に記載の電気素子において、前記電気素子は可変負荷を備え、前記導線と抵抗接点を有する蓄電器プレートをさらに備え、前記定義されたエリアは前記蓄電器プレートの下にある、電気素子。
【請求項９】
スプリッタであって、
電気的な絶縁性を有する誘電体パネルと、
バックパネルと、
電導性共通プレートと、
前記誘電体パネルの上に設けられており第１の入力ポートと第１の出力ポートとを有する本線と、
前記誘電体パネルの上に設けられており第２の出力ポートを有する結合線であって、前記本線と離されておりかつ前記本線と平行な配向に位置付けられている、結合線と
前記本線と前記結合線との間の定義されたエリアに設けられた可変誘電体ゾーンであって、前記バックパネルと前記誘電体パネルとの間に挟まれておりかつ電源に接続された電極を有する可変誘電率（ＶＤＣ、variable dielectric constant）物質を備える可変誘電体ゾーンと、を備える、スプリッタ。
【請求項１０】
請求項９に記載のスプリッタにおいて、前記結合線は第２の入力ポートをさらに備える、スプリッタ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のスプリッタにおいて、前記本線及び前記結合線のうちの１つの下の定義されたエリア内に設けられた第２の可変誘電体ゾーンをさらに備える、スプリッタ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のスプリッタにおいて、前記本線の下の定義されたエリア内に設けられた第２の可変誘電体ゾーンと、前記結合線の下の定義されたエリア内に設けられた第３の可変誘電体ゾーンとをさらに備える、スプリッタ。
【請求項１３】
請求項１０に記載のスプリッタにおいて、一方の端において前記本線との抵抗接点を有しておりかつ別の端において前記結合線との抵抗接点を有しているブリッジ線をさらに備える、スプリッタ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のスプリッタにおいて、前記ブリッジ線の下の定義されたエリア内に設けられた第４の可変誘電体ゾーンをさらに備える、スプリッタ。
【請求項１５】
可変フィルタであって、
電気的な絶縁性を有する誘電体パネルと、
バックパネルと、
電導性共通プレートと、
前記誘電体パネルの上に設けられた入力線と、
前記誘電体パネルの上に設けられており、前記入力線と離されておりかつ前記入力線と平行な配向に位置付けられている少なくとも１つの結合線であって、該結合線は出力タップを有する、結合線と、
前記入力線と前記結合線との間の定義されたエリアに設けられた可変誘電体ゾーンであって、前記バックパネルと前記誘電体パネルとの間に挟まれておりかつ電源に接続された電極を有する可変誘電率（ＶＤＣ、variable dielectric constant）物質を備える可変誘電体ゾーンと、を備える、可変フィルタ。
【請求項１６】
請求項１５に記載の可変フィルタにおいて、前記入力線の下の定義されたエリアに設けられた第２の可変誘電体ゾーンをさらに備える、可変フィルタ。
【請求項１７】
請求項１５に記載の可変フィルタにおいて、前記結合線の下の定義されたエリアに設けられた第２の可変誘電体ゾーンをさらに備える、可変フィルタ。
【請求項１８】
可変フィルタであって、
電気的な絶縁性を有する誘電体パネルと、
バックパネルと、
電導性共通プレートと、
前記誘電体パネルの上に設けられた入力線と、
前記誘電体パネルの上に設けられており、各々が前記入力線と離されておりかつ前記入力線と平行な配向に位置付けられている複数の結合線であって、前記複数の結合線の少なくとも１つは出力タップを有する、複数の結合線と、
前記複数の結合線のうちの２つの間の定義されたエリアに各々設けられた複数の可変誘電体ゾーンであって、前記バックパネルと前記誘電体パネルとの間に挟まれておりかつ電源に接続された電極を有する可変誘電率（ＶＤＣ、variable dielectric constant）物質を備える可変誘電体ゾーンと、を備える、可変フィルタ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の可変フィルタにおいて、前記結合線のうちの１つの下の定義されたエリアに各々設けられた第２の複数の可変誘電体ゾーンをさらに備える、可変フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
１．  技術分野
本発明は一般的には、電気的特性が可変とされるユニークな電磁的コンポーネントに関する。コンポーネントは、放射型及び非放射型の電磁的装置のために用いられ得る。また、本発明の実施形態は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）上に設けられた素子を有する電気的装置（electrical device）にも関するのであり、ＬＣＤの動作が電気的装置の特性に変化をもたらすものとされる。
【背景技術】
【０００２】
関連出願
本願は、米国仮特許出願第６２／３８２，５０６号（出願日：２０１６年９月１日）及び米国特許出願第１５／４２１，３８８号（出願日：２０１７年１月３１日）の優先権の利益を主張するのであり、それらの開示内容の全体が参照によって取り込まれる。
【０００３】
２．  関連技術
電気的信号及び電磁放射を受信・送信・操作するための装置／コンポーネントは幾つもあり、技術分野において知られている。フィード又は伝送線路又はネットワークは、信号を放射アンテナとトランシーバとの間で搬送する。もっとも、フィードネットワークは異なるタイプの伝送線路、ベンヅ（bends）、パワースプリッタ、フィルタ、ポート、位相シフタ、周波数シフタ、減衰器、結合器、蓄電器、誘導子、ダイプレクサ、ビームフォーミングネットワークのハイブリッド等を備え得るのであり、また、放射素子をも含み得る。同様の構成は、無線的に送信をなさない例えばテレビ番組の場合の同軸送信等においても用いられていることができる。これらの素子は、静的なもの又は可変なものとされ得る。例えば、蓄電器は、所与の即ち静的な容量を設定されていることができるか、又は、例えば蓄電器のプレート間離隔を機械的に変化させることによって可変とされていることができる。他の装置、例えば伝送線路等については、それらの電気的特性（例えば、抵抗値やインピーダンス等）が不変とされるという意味で静的なものとされる。
【０００４】
開示の装置は汎用的であり、幾つもの用途に供され得るものであるも、次の特定の用途に関して該装置は多大な利益をもたらし得る：即ち、複数の周波数において稼働するモバイル機器における信号の送信用途。このような機器では、スイッチやフィルタを含む精緻なネットワークを用いて、幾つかのトランシーバ（transceiver）のうちの１つをアンテナに結合する。このようなネットワークは機器のコスト増大をもたらし、信号減衰をもたらす損失に繋がり、その結果、送信機（transmitter）の出力増加を要することとなり、電池電力がより多く消費されることとなる。
【０００５】
マイクロストリップアンテナ（プリントアンテナともいう。）には数種類あり、最もありふれたものがマイクロストリップパッチアンテナ（単にパッチアンテナともいう。）である。パッチアンテナとは、狭帯域ワイドビームアンテナであり、アンテナ素子パターンを金属トレースにエッチングして絶縁性基板にボンディングすることによって製造される。一部のパッチアンテナでは基板を省いて、誘電体スペーサを用いて接地板（ＧＰ）上空に金属パッチを懸架するのであり、その結果得られる構造の堅牢性は減じられているもより良好な帯域がもたらされる。このようなアンテナは極低プロファイルであり、機械的に頑丈であり、可撓性を有するため、航空機や宇宙船の外部に搭載されることも多く、又は、モバイル無線通信機器に組み込まれたりもする。
【０００６】
パッチアンテナに固有な利点としては、偏波ダイバーシティをもたらし得ることが挙げられる。複数のフィードポイントを用いて又は非対称パッチ構造を伴う単一フィードポイントを用いることによって、次の偏波を扱えるようにパッチアンテナを設計することが容易にできる：垂直偏波、水平偏波、右旋円偏波（ＲＨＣＰ、Right Hand Circular）、左旋円偏波（ＬＨＣＰ、Left Hand Circular）。当該特性故に、様々な要求を伴う色々な種類の通信リンクにおいて、パッチアンテナを用いることできる。
【０００７】
図１は、先行技術に関連するマイクロストリップアンテナについての例を示す。図１に図示のように、４つの導体パッチ１０５〜１２０が、絶縁基板１３０上に配されている。ベースの“共通的”接地導体が、誘電体１３０の下に配されているもこれは図１においては不図示である。導線１０５’〜１２０’は本線１４０への電気的接続をもたらしそれは中央フィード線１４５へと接続されている。
【０００８】
液晶ディスプレイ（一般的にはＬＣＤという。）は、薄型でありフラットな表示装置であり、任意の個数のカラー型かモノクローム型画素を備えており、これらは光源又はリフレクタの前に配列されている。ＬＣＤの各画素は、２つの透明電極と２つの偏光フィルタとの間にアラインされた垂直分子のレイヤを、有しており、その偏光軸は互いに直交している。液晶材料は、液晶分子が特定の方向に整列するように処理されている。典型的には、この処理は、布を用いて単一方向に薄型ポリマー層を擦ることを伴う（液晶の整列方向は、擦る動作の方向によって規定される。）。
【０００９】
電場を印加する前に、液晶分子の配向は、諸々の表面におけるアラインメントによって決せられる。（最もありふれた液晶装置たる）捻りネマチック（ＴＮ、twisted nematic）型装置では、２つの電極における表面アラインメント方向は直交であり、故に分子は自らを螺旋状構造或いはツイスト構造へと配列する。液晶材料が複屈折性を有する故に、片方の偏光フィルタを通過していく光は、液晶レイヤを通っていくに際して液晶螺旋によって回転されるのであり、第２の偏光フィルタを通過することが許される。第１の偏光フィルタによって光の半分が吸収されるも、それ以外の点においてはアセンブリ全体としては透明である。
【００１０】
電極間で電圧が印加されると、液晶分子を電場と平行にさせようとするトルクが作用するのであり、螺旋構造が歪曲される（なお、分子は表面においては拘束されている故に、該事象は弾性力の抵抗を受ける。）。これによって入射光の偏光回転度合いは減じられ、装置は見かけ上の暗さを増す。印加された電圧が十分に大きい場合、液晶分子の捻りは完全に解かれ、液晶レイヤを通過していく際に入射光の偏光が全く回転されていないものとなる。この光は第２のフィルタに対して直角に偏光されていることになり、故に完全に遮蔽されることになり、画素は見かけ上ブラックとなる。各画素の液晶レイヤにわたって印加される電圧を制御することによって異なる量の光を透過させることができ、それに対応して画素が灯る。
【００１１】
図２は先行技術に関連するＬＣＤの断面図を示す。図２に示すように、ＬＣＤ２００は次のものを含む：ガラスで構成され得るバックパネル２０５、これまたガラスで構成され得るフロントパネル２１０、両パネル間に配置された液晶部２１５、インジウム／チタニウム／酸化物（ＩＴＯ、indium/titanium/oxide）やアルミニウム等で構成され得る背後電極２２０、電位源２３０に結合されており一般的にＩＴＯで構成された前面電極２２５。電位源２３０は、各電極２２５に個別的に印加されていることができる。電極２２５に電位が印加されると、その下にある液晶が配向を変えるのであり、それによって、印加中の電極と前面電極の領域に対応する背後電極の部分との間の局所的誘電率が変わる。
【発明の概要】
【００１２】
以下の発明の概要に関する記載は、本発明の幾つかの側面及び特徴について基礎的理解をもたらすために提供される。この概要は本発明についての広範な概論ではなく、故に、本発明の主要な又は枢要な要素を具体的に特定することを意図しているわけではなく、また、本発明の範疇を確定することを意図しているわけでもない。該部分の専らの目的は、本発明の一部の概念を簡略化した形態で提示することであり、後述のより詳細な説明に対しての序論として提示することである。
【００１３】
発明の幾つかの側面によれば、電子機器又はコンポーネントが提供されるのであり、それらは、機器に関連付けられている可変誘電率セクタに印加される電位に基づいて可変とされる電気的特性又は稼働態様を有するものである。
【００１４】
発明の幾つか側面によれば、電子機器又はコンポーネントはベンヅ（bends）、パワースプリッタ、フィルタ、ポート、位相シフタ、周波数シフタ、減衰器、結合器、蓄電器、誘導子、ダイプレクサ、ビームフォーミングネットワークのハイブリッド等を含み得るのであり、また、放射素子をも含み得る。
【００１５】
発明の幾つかの側面によれば、電子機器又は装置のキャパシタンス、アドミッタンス、及び／又はインピーダンスは、可変とされる。
【００１６】
発明の幾つかの側面によれば、可変電気的特性は機器／コンポーネントに関して可変稼働態様を可能とするのであり、例えば次のことが可能となる：可変位相シフティング、可変パワー配分、可変フィルタ操作、可変周波数、可変マッチ、可変結合パワー、可変振幅、可変減衰等。
【００１７】
発明の幾つかの側面によれば、ソフトウェア定義型の電気的コンポーネントが提供されるのであり、それらの電気的特性は可変とされ、ソフトウェアプログラムを用いて変更可能とされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
添付の図面は、本明細書と統合されまた本明細書の一部を構成するのであり、本発明の実施形態を例示するのであり、詳細な説明と共に本発明の原理を説明及び例示する。図面は、例示的実施形態の主要な特徴を図式的に例示することを意図している。図面は実際の実施形態の全要素を描写しようとしてはおらず、また、図示の要素の相対的寸法は縮尺通りに描写されているとは限らない。
【００１９】
【図１】先行技術に関連するマイクロストリップアンテナの例について示す概略図である。
【図２】先行技術に関連するＬＣＤの断面図を示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態によるパワースプリッタを示す概略図である。
【図３Ａ】図３の一部についての断面図である。
【図４】１つの実施形態による可変フィルタの構築例について示す概略図である。
【図５】本発明の１つの実施形態によるハイブリッドスプリッタについて示す概略図である。
【図６】本発明の１つの実施形態による３ポート可変結合器について示す概略図である。
【図７】本発明の１つの実施形態による４ポートハイブリッドスプリッタについて示す概略図である。
【図８】本発明の１つの実施形態による位相シフタ素子について示す概略図である。
【図９】本発明の１つの実施形態による減衰器素子について示す概略図である。
【図１０】本発明の１つの実施形態による非共鳴キャパシティブ負荷（non-resonant capacitive load）素子について示す概略図である。
【図１１】図１１Ａは、先行技術に関連する複数固定フィルタ構成について示す概略図である。図１１Ｂは、図１１Ａの構成を代替するものとしての、本発明の１つの実施形態による単一可変フィルタについて示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に関する様々な実施形態は一般に次の事項を対象としている：可変誘電体構造上に設けられた電子機器（electronic device）又はコンポーネントの構造に関する事項、並びに、コンポーネントの稼働特性に関して可変的制御を及ぼすことに関する事項。様々な実施形態についての説明の文脈においては、ＬＣＤが可変誘電体構造となっておりそれによって説明の簡略化が図られているが、他の可変誘電体素子を用いても良い。例えば、ＬＣＤを、発明に係る電子機器又はコンポーネントのために用いることができるも、画像投影のために要する場合を除いてＬＣＤに照明光源を含めることを要さない。本明細書中にて説明する様々な実施形態は、例えば、静止型の及び／又はモバイル型のプラットフォームとの関連で用いられ得る。勿論のことではあるが、本明細書中にて説明する様々な電子機器又はコンポーネントは、本明細書にて具体的に述べられていない他の用途を有していることもできる。発明に係る電子機器又はコンポーネントが特に有用たり得る様々な用途としては次のものが挙げられる：スマートフォン、パッド類、ラップトップ機等。様々な手法は、双方向通信及び／又は受信専用用途にも使用され得る。
【００２１】
本発明の様々な側面に関する説明は、異なる実施形態を参照しつつなされる。特定の実施形態についての各説明は、特定の特徴を強調するものたり得る。もっとも、説明される特徴が他の実施形態にも統合されることもあり得ることに留意されたいのであり、これらの特徴に関しての異なる組み合わせを組み立てて更なる実施形態を形成することも可能であることに留意されたい。
【００２２】
図３は、発明の実施形態によるパワースプリッタ３００についての例を示す。パワースプリッタ３００は、入力ポート３１０を有する電導性入力線３０５と、随意的な拡張結合器３１５と、第１の出力ポート３２５及び第２の出力ポート３３５を有するスプリッタ電導性ライン３２０とを含むのであり、全ては絶縁基板３５０上に設けられている。電導性入力線３０５、拡張結合器３１５、及びスプリッタ電導性ライン３２０は全て電導性材料（例えば、銅やアルミニウム等）のストリップとされ得る。１つの実施形態で基板３５０はＬＣＤとされ、他の実施形態でそれは絶縁基板であって可変誘電率領域３１７，３２３，３２７を有しアドレス可能電極を有する絶縁基板とされる。
【００２３】
この構成を用いて、入力ポート３１０でのパワー入力はスプレッダ線３２０内へと分割され、幾らかのパワーが第１の出力ポート３２５にて出力され、残余のパワーは第２の出力ポート３３５にて出力される。該構成の通常の非励起状態では、（対称的物理構造を想定すれば）パワー分割は５０：５０であり、パワーの半分は第１の出力ポート３２５にて出力され、パワーの半分は第２の出力ポート３３５にて出力されるのであり、第１及び第２の出力ポートにおけるパワー出力は同相である。もっとも、可変誘電体素子３１７，３２３及び／又は３２７に電位が印加されると、パワー出力及びパワー分割を変化させることができる。即ち、材料３１７，３２３及び／又は３２７の誘電率を個別に変化させることによって、対応する素子のインピーダンスを変化させることができる。
【００２４】
より具体的には、位相Φは、
Φ＝２πｄ／λｇ
と表すことができ、ここで、λｇは当該物質即ち電導性ライン（conductive line）における波長であり、ｄは伝播ライン（propagation line）の長さである。他方で、λｇは、
λｇ＝λｏ／√εｅｆｆ
と表すことができ、ここで、λｏは空中における波長であり、εｅｆｆはεｒ、ライン幅、及びマイクロストリップラインの他の物理的パラメータの関数としての実効誘電率であり、εｒは伝播路物質の誘電率である。その場合、位相は、
Φ＝２πｄ√εｅｆｆ／λｏ
として表すことができる。
したがって、対応する各々の電導性ライン３１５及び３２０下の可変誘電体物質３１７，３２３及び／又は３２７のある区間の誘電率を個別に制御することによって、ライン内における信号伝播を変化させることができる。また、制御される可変誘電体物質の区間の長さｄを用いて、位相を制御することもできる。即ち、可変誘電体物質３１７，３２３及び／又は３２７の各々は単一のアドレス可能な電極を有することができ、可変誘電体物質３１７，３２３及び／又は３２７の全領域が同じ印加電位差に服することとなる。反対に、可変誘電体物質３１７，３２３及び／又は３２７の各々は画素として配列された複数の電極を有することができ、各々は別個にアドレシングされ、どの画素がアドレシングされているかによって可変誘電体物質のある区間だけが印加電位差に服することとなる。このような態様にて装置はソフトウェア制御されているといえる。なぜならば、ソフトウェアを用いて異なる画素をアドレシングすることができるのであり、それによって電気的コンポーネントの挙動を変更することができる。
【００２５】
例えば、素子３１５は、アテニュエータとしての役割を果たすことができる。可変誘電体セクション３１７に何ら電位が印加されていない場合、供給されたパワーの全ては導体３２０内へと伝播していく。他方で、可変誘電体３１７に電位が印加されている場合、素子３１５の実効インダクタンスが変化し、減衰器３１５がパワーの幾分かを反射することができ、パワーの全てが導体３２０に届けられないようなるのであり、即ち合計出力パワー（total output power）が減衰される。同様に、可変誘電体セクション３２３に電位が印加された場合、幾分かのパワーがそれによって反射されることができ、第１の出力ポート３２５からの出力が減るのであり、第１及び第２の出力ポート間でのパワー分割が可変となるのであり、一方の出力ポートが他方の出力ポートよりも多くのパワーをもらうことになる。これらの場合の各々において、反射されるパワー量は、可変誘電体の電極に印加される電圧及び可変誘電体の実効サイズに依存する。可変誘電体の実効サイズは、可変誘電体を制御する画素をより多くアドレシングするかより少なくアドレシングすることによって、変化させることができる。
【００２６】
図３Ａは、図３の実施形態のスプレッダ線３２０の断面図を示す。この実施形態では、ＬＣＤ、又は、信号線を用いて制御できる可変誘電率を有する任意の他の物質を用いて、誘電率を制御する。図３Ａでは、スプレッダ線３２０が絶縁層３３０上に設けられており、該層はガラスパネル、レジン、空気等とすることができる。可変誘電体素子３２３、３２７は絶縁層３３０内に設けられており、それぞれはスプレッダ線３２０の各々のセクション上に設けられている。液晶は、スプレッダ線３２０の各セクション上の１つ以上のゾーン内に設けられることできる。可変誘電体素子３２３，３２７の各々は、それぞれのアクティベーション信号線３０６，３０８に結合されている。信号線３０６，３０８のどれかの電位が変化すると、対応する可変誘電体素子３２３，３２７の誘電率が変化するのであり、それによってスプレッダ線３２０の対応するセクション内における位相変化が惹起される。位相変化を律することは、透明電極信号線３０６，３０８に印加される電圧の量を選択すること即ちεｒを制御することによってでき、また、電圧が印加される誘電体素子の個数を制御すること即ちｄの実効長を制御することによってできる。
【００２７】
本発明は、ＬＣＤを使用する場合に限定されないことに留意されたい。即ち、制御可能な可変誘電率をもたらす任意の物質を用い得る。例えば、液晶の代わりに任意の強誘電体物質を用い得る。本稿における実施形態はＬＣＤを用いている。なぜならば、ＬＣＤ技術は成熟しており、容易に利用可能となっており、本発明の実施がそれだけ魅力的且つ容易なものとなる。
【００２８】
図４は、１つの実施形態による可変フィルタの構造について示す。この特定の例では４素子フィルタが示されており、これは４レベルフィルタと称する場合もある。勿論のことではあるが、素子の個数又はレベル数を変更して所望の実装例に合致させることができる。図４では、４つの導線４０５，４１０，４１５，４２０が誘電体プレート４５０上に形成されている。入力４０２が導線４０５の一方の側に接続され、また、出力４２２が電導線４２０の一方の側に接続される。入力４０２及び出力４２２は、例えば同軸コネクタやＳＭＡ（サブミニチュアバージョンＡ）コネクタ等の標準的なコネクタたり得る。また、各線４０５，４１０，４１５の末端においてタップＴを設けることもでき、また、各タップは入力及び出力４０２，４２２と同じコネクタを有していることができる。このような構成では、フィルタは本質的には１つの入力と４つの出力を有しているのであり、各出力は異なる周波数及び／又は位相にチューニングされることができる。
【００２９】
一般に、各導線４０５，４１０，４１５，４２０のインダクタンスは、付記事項４０１，４１１，４１６，４２１で各々示されているように、キャパシタ及び誘導子の直列接続としてモデリングされることができる。制御可能な可変誘電率（ＶＤＣ、variable dielectric constant）を有する領域又はゾーンを各導線下に設けるのであり、ＶＤＣ４０３がライン４０５下に設けられ、ＶＤＣ４０６が導線４１０下に設けられ、ＶＤＣ４１３が導線４１５下に設けられ、ＶＤＣ４２３が導線４２０下に設けられる。各ＶＤＣは、単一の電極を有するか集団的に若しくは個別的にアドレシングされる複数の電極を有することができ、それによって電位差を印加でき、ＶＤＣの実効誘電率を変化させることができる。１つの導線下に設けられているＶＤＣの実効誘電率を変化させることによって、ラインの実効インダクタンスが変わる。ラインのインダクタンス変化は、ライン上を伝播する信号の帯域に変化をもたらす。この実施形態では各導線はその下にＶＤＣゾーンを有している故に各ラインの帯域は可変であり、したがって、このフィルタは可変帯域フィルタということになる。また、全てのライン下のＶＤＣがバイアスされている場合、フィルタの周波数中心が変わることになる。ソフトウェアを用いて電圧を印加してＶＤＣの様々な電極をアドレシングできる故に、フィルタはソフトウェア制御型である。即ち、ＶＤＣに様々な電位を印加するためにソフトウェアを用いて帯域及び周波数中心を制御できる。
【００３０】
図４のフィルタにおいては、信号は、一方のラインから次のラインへと伝播するのであり、該伝播はライン間の容量結合を介して生じる。例えば、ライン４０５のセクションは、ライン４１０のセクションと平行に配置され、それによって両者間でキャパシタが構成される。信号がライン４０５上を伝播するに際して、それは容量的態様でライン４１０に結合し、ライン４１０上で伝播し始める。同様のことは他のラインにも妥当する。結合の効率は、重複しているラインセクションの量及びこれらの重複ラインの実効間隔に依存する。実効間隔は、ライン間の距離及びライン間の誘電率に関連する。この実施形態では、ライン間の誘電率はＶＤＣのゾーンによって制御されるのであり、ＶＤＣ４０４はライン４０５及び４１０間の結合を制御し、ＶＤＣ４１４はライン４１０及び４１５間の結合を制御し、ＶＤＣ４２４はライン４１５及び４２０間の結合を制御するのであり、これらは付記事項４０７，４１７，４２７で各々例示されている。ＶＤＣ４０４，４１４，４２４の任意のものに対して印加される電位を変化させることによって、フィルタのバンドパス及び拒絶勾配を変えること及び制御することができる。したがって、フィルタ４００のフィルタリング特性をソフトウェア制御に服させることができる。即ち、種々のＶＤＣに印加される電位を制御するソフトウェアを用いることによって、フィルタ４００の動作を制御できる。
【００３１】
フィルタ４００のまた別の動作特性としては、その中心周波数が挙げられる。静的なフィルタでは、中心周波数は一定である。もっとも、図４の構成では、ラインの下及びライン間のＶＤＣ全てに電位を一斉に印加することによって、中心周波数を変えることができる。したがって、フィルタ４００のＶＤＣ上での電位を適切に制御することによって、その中心周波数、その帯域、そのバンドパス、及びその拒絶勾配を制御できる。
【００３２】
パワー分割器（パワースプリッタともいう。逆方向に用いられる場合にはパワーコンバイナという。）及び方向性結合器はパッシブな装置であり、主に無線技術の分野において用いられる。これらのものは伝送線内の電磁力の規定量をポートへと結合するのであり、別の回路にて信号を使用できるようにする。２つのポート間でパワーを等分に分割するように設計された方向性結合器は、ハイブリッドカプラと称される。最もありふれた形式の方向性結合器は、結合された伝送線の組である。これは、同軸及びプラナー技術（ストリップライン及びマイクロストリップ）等を含む幾つかの技術を用いて実現することができる。ストリップラインとしての実装例が図５に示されており、四分の一波長（λ／４）方向性結合器の場合である。結合されたラインの電力は本線の電力とは逆の方向に流れるのであり、それ故にこの結合器は時には逆向きカプラとも称される。本線はポート１及び２の間の区間であり、結合線はポート３及び４の間の区間である。
【００３３】
図５の実施形態では、本線５０５及び結合線５２０は、誘電体プレート５５０上に形成されている。本線５０５及び結合線５２０は、例えば誘電体プレート上のマイクロストリップであったりＲｏｇｅｒｓ（ＦＲ−４型プリント基板）上のプリント導体等であったりすることができる。図５の実施形態ではポートに関して次のとおりである：ポート１は本線の入力であり、ポート２は本線の出力であり、ポート３及び４はそれぞれ結合線の入力及び出力である。通常であれば、ポート２における出力はポート１における入力と同相であり、他方でポート４における出力はポート１における入力から位相が９０°ずれている。
【００３４】
図５の結合器を可変とするために、誘電体プレート５５０の下にＶＤＣゾーン５１５を設けるのであり、また、これを本線５０５と結合線５２０との間に配置する。ＶＤＣゾーン５１５の電極に電位を印加することによって、結合線上の位相シフトを制御できる。また、随的には、本線及び結合線の下に追加的ＶＤＣゾーン５０３，５０７，５２３，５２７を設けて各ポートにおける位相シフトをさらに制御することができる。例えば、ＶＤＣゾーン５０７における電位を変更することによって、ポート２のインダクタンスが変化し、本線と結合線との間の出力比を変えられるようになる。
【００３５】
図５の付記事項に示されているように、本線及び結合線を誘電体プレート５５０の上に配置することができる。反対に、本線及び結合線を重ねて形成することができ、その間に誘電体プレート５５０とＶＤＣゾーン５１５とボトム誘電体プレート５５５が配されることができる。
【００３６】
図６は、可変３ポートカプラについての実施形態について例示する。先述と同様、全ての金属ラインは誘電体プレートの上に形成されており、ＶＤＣは誘電体プレートの下に設けられている。もっとも、明確性及び簡潔性のために、種々の実施形態についての説明は以後誘電体プレートについて図示も参照もせずになされることに留意されたい。本線６０５は入力ポート１及び出力ポート２を有しており位相変化を伴わない。結合線６２０は出力ポート３を有しており、本線６０５上を伝播している信号との関係では可変位相がもたらされる。結合線６２０上の信号の位相は、ＶＤＣゾーン６１５に印加される電位によって制御される。
【００３７】
図７は４ポートハイブリッドカプラについての別の実施形態について例示する。ＶＤＣを何ら伴わないのに合わせてポート１における信号入力は、位相変化なくしてのポート２への出力と、９０°の位相変化を伴ってのポート３への出力とに分割される。同様に、ポート４への信号入力は、位相変化なくしてのポート３への出力と、９０°の位相変化を伴ってのポート２への出力とに分割される。これが図７に示されている表によって示されている。もっとも、図７の実施形態では、ＶＤＣについての幾つかの随意的配置が示されており、ハイブリッドカプラ７００の動作態様について望まれる制御性に応じて、それら配置の全部又は一部を実施できる。
【００３８】
例えば、ＶＤＣ７０３が入力ポート１のライン下において設けられている。ＶＤＣ７０３の電極に電位を印加することによって、入力信号の位相を制御することができる。その結果、出力ポート２及び３における位相は一緒に変わることになるのであり、ＶＤＣ７０３における電位に基づいて当該変化が生じる。即ち、出力２における位相が、入力ポート１における入力信号の位相と異なり得るのである。他方で、出力２における位相は、ＶＤＣ７０７での電位によって独立的に変更することができる。したがって、出力ポート３における位相は入力ポート１における入力との関係では９０°となっているが、出力ポート２における位相はゼロとは異なるものとなっているのであり、これはＶＤＣ７０７に印加される電位に依存する。追加的には、ＶＤＣ７２７の電極に電位を印加して、ポート２とは独立的に出力ポート３の位相を変えることができる。したがって、ポート２における出力はポート１における入力と同相であり続けることができるが、ポート３における出力を、ポート１における入力との関係で９０°ずらし得る。ＶＤＣ７２３，７０７，７２７に電位を印加することによって、同じ効果を入力ポート４の入力に及ぼすことができる。また、通常であれば、ポート１における入力信号は、出力ポート２及び３の間で等しいエネルギーに分割されよう。もっとも、ＶＤＣ７０８，７２８，７１５Ａ，７１５Ｂにおける電位を制御することによって、各出力ポートに分配されるエネルギー量を変えることができるのであり、したがって、各ポートにおける出力の振幅を制御できる。
【００３９】
本発明に関して２ポート装置に関する実施形態も開示される。例えば、図８では、本発明の実施形態による位相シフタ素子８００が例示されている。ポート１において信号が入力され、導線８０５上を伝播していく。通常であれば、ポート２における出力信号は入力信号との関係で一定の振幅且つ同相となっている。もっとも、図８の表で示されているように、ＶＤＣ８０３の電極に電位を印加していくことによって、ポート１における入力との関係でポート２における出力の位相を変えていくことができる。
【００４０】
２ポート素子についての別の例が図９に示されている。図９は、本発明の実施形態によるアテニュエータを例示する。ポート１における入力信号が本線９０５上を伝播し、同相でポート２に出力がもたらされるのであるが、振幅は制御されている。具体的には、本線上に２つのアテニュエータが設けられている。アテニュエータは電導性減衰パッチ９３０，９３７で構成されており、ＶＤＣ９０３，９０７上に設けられている。ＶＤＣ９０３，９０７の電極に印加される電位に応じて、ポート２における信号出力の振幅を制御即ち減衰することができる。
【００４１】
本発明の実施形態によれば、単一ポート装置も提供される。例えば、図１０は、本発明の実施形態による単一ポート負荷素子１０００について例示する。図１０の例では、負荷は可変キャパシタの形態で与えられており、導線１００５の末端にある。具体的には、本線の末端１００５においてキャパシタプレートが形成され、これが本線の末端１００５と電気的接触を有している。ＶＤＣ１００３の接地電極は補完的キャパシタプレートを形成し得るのであり、又は、ＶＤＣ１００３下に補完的キャパシタプレートが形成され得る。この負荷のキャパシタンスは、ＶＤＣ１００３の電極に電位を印加することによって変えることができる。
【００４２】
図１１Ａ及び１１Ｂは、例えば携帯電話で実装されたりするスイッチングアレイの構成を簡略化するために如何にして開示された実施形態を活用できるかを例示する。図１１Ａは、先行技術によるスイッチング構成を示す。図示のように、この例では両方の構成は４つのアンテナ２を含み、Ｔｘ／Ｒｘ１〜Ｔｘ／Ｒｘ４との識別子が与えられている。各アンテナは、異なる周波数で運用されるように設計されている。図７Ａに示す先行技術においては、各アンテナは専属の固定フィルタＦ１〜Ｆ４に接続されており、各スイッチは専属のスイッチＳ１〜Ｓ４に接続されている。そして、各々のスイッチ２つ組は単一の中間スイッチに接続されているのであり、即ち、スイッチＳ１及びＳ２を選択するには中間スイッチＳ５を用いることができ、また、スイッチＳ３及びＳ４を選択するには中間スイッチＳ６を用いることができる。スイッチＳ５及びＳ６はマスタースイッチＳ７に接続されている。したがって、例えば、仮にアンテナＴｘ／Ｒｘ１が選択されるべきであるならば、スイッチＳ７，Ｓ５，Ｓ１が閉じられ、他のスイッチは解放状態にスイッチングされる。反対に、仮にＴｘ／Ｒｘ３が選択されるべきであるならば、スイッチＳ７，Ｓ６，Ｓ３が閉じられ、他の全部のスイッチは解放状態にスイッチングされる。したがって、この構成では、４つの固定フィルタと７つのスイッチが必要となる。反対に、図１１Ｂの実施形態では、単一の可変フィルタが全てのアンテナＴｘ／Ｒｘ１〜Ｔｘ／Ｒｘ４に接続されている。どのアンテナが選択されているのかに応じて、可変フィルタ１１４０のＶＤＣの電極に異なる電位を与えていく。可変フィルタ１１４０は、本明細書中に開示した教示事項、例えば図４の実施形態、に従って構築できる。
【００４３】
最後に述べるに、本明細書に開示の処理及び手法は、特定の装置に本質的に関連しているわけではなく、任意の適切なコンポーネントの組み合わせによって実装され得ることに留意されたい。また、本開示の教示事項に即して様々な種類の汎用装置を用いることができる。また、本開示にて説明した方法のステップを行うための専用装置を構築することが有利な場合もある。本発明は特定の例との関連で説明されており、あらゆる側面において限定的ではなく例示的な意図で説明がもたらされている。当業者であれば、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの様々な異なる組み合わせを用いて本発明の実施を適切になし得るということに気付くであろう。
【００４４】
本発明は特定の例との関連で説明されており、あらゆる側面において限定的ではなく例示的な意図で説明がもたらされている。当業者であれば、ハードウェア、ソフトウェア及びファームウェアの様々な異なる組み合わせを用いて本発明の実施を適切になし得るということに気付くであろう。さらに、当業者が本開示の発明についての詳細な説明及び実施態様について検討することによって、本発明の別の実施態様も明らかなものとなるであろう。詳細な説明及び例は例示的なものとしてのみ考慮されることが意図されており、本発明の真の範囲及び精神は添付の特許請求の範囲によって示される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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